泥沙运动力学
泥沙颗粒跃移运动机理
泥沙颗粒跃移运动机理白玉川;陈有华;韩其为【摘要】Saltation of solid grains is an important form of bed load transport. Force of movement particle was studied and sediment saltation movement model neglecting particle rotation and turbulence effects was established on the basis of the results. Using numerical calculation method to solve the motion equation, get the statistical properties of saltation parameters (height of saltation, length of saltation, velocity of saltation), which agreed well with the previous experimental data. Through regression analysis, the mathematical expressions of saltation parameters and sediment transport rate were obtained, which is very important for studying the mechanics of bed load transport and bed load transport rate.%水流中泥沙颗粒的跳跃运动是推移质运动的重要形式,根据泥沙颗粒运动过程的受力分析,建立了忽略颗粒旋转和紊动影响的泥沙颗粒跃移运动模型,并采用数值计算方法,求解了跃移运动方程,得到了跃移运动参数(跃移长度、跃移高度、跃移速度)的统计特性,所得结论与实验资料吻合较好；通过对数值计算结果回归分析,得到了跃移运动参数以及输沙率的数学表达式,对于了解推移质运动机理有重要的意义.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2012(045)003【总页数】6页(P196-201)【关键词】推移质;跃移;输沙率【作者】白玉川;陈有华;韩其为【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学河流海岸工程泥沙研究所,天津300072;天津大学河流海岸工程泥沙研究所,天津300072;天津大学河流海岸工程泥沙研究所,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TV142泥沙颗粒在水流作用下发生3种运动模式：跃移、滚动(滑动)和悬移．床面泥沙以滚动、滑动还是跃移的方式运动，取决于水流强度和床面特性，当床面切应力超过临界起动应力时，床沙开始以滑动或滚动形式运动[1-4]．如果床面切应力继续增加，颗粒开始从床面跃起进入跳跃运动状态，这些以滑动、滚动和跳跃形式运动的泥沙称为推移质．关于推移质的运动形态，文献[5-8]认为跳跃是推移质的主要形式，而文献[2，9-10]则认为泥沙起动的初始阶段以及当水流强度较小时，床面剪切力较小，泥沙则主要以滚动、滑动的形式运动．笔者已对以滚动、滑动形式运动的接触型推移质进行了研究，并取得了一定的成果[11-12]．这里针对跃移型推移质进行研究，以达到全面了解推移质运动的目的．对于颗粒的跳跃运动，许多学者都做了大量的研究工作，Einstein[13]基于水槽实验得出推移质层厚度大约是2D，跃高大约是100D；Van Rijn[3]建立了颗粒单步跃移模型，利用上述研究者的实验数据检验此模型，证明其可适用于低雷诺数水流条件；惠遇甲等[14]利用高速摄像技术测量了床面附近颗粒的运动状态，并给出了滑动、滚动、跃移以及悬移各占的比例；Nino等[4,15]利用高速摄像技术测量了跃移轨迹并建立了二维连续跳跃模型；文献[16-19]对颗粒的跃移运动进行了一系列系统的研究，利用实时图像显示技术和高速摄像技术测量了跃移轨迹和速度，分别建立了单步跳跃模型、多颗粒连续跳跃模型以及三维连续跳跃模型．笔者分别建立泥沙颗粒跳跃运动起步阶段和飞行阶段的运动模型，并在此基础上分析研究跃移运动参数的统计特性以及推移质输沙规律．1.1 泥沙受力模型当水流流过松散河床时，单颗粒床面泥沙在水流的作用下，主要承受上举力LF、拖曳力DF、重力W．考虑单向流运动情况，设泥沙在水流作用下移动的纵向和垂向速度分别为u、v，水流作用在床面沙粒上的流速为bU，则上举力LF、拖曳力DF、重力W的表达式分别为式中：DC为泥沙颗粒拖曳力阻力系数；LC为泥沙颗粒上举力系数；D为泥沙粒径；ρ为水的密度；γ、sγ分别为水和泥沙的容重；1A、2A和3A均为泥沙颗粒面积修正系数．1.2 跃移型推移质运动的动力学方程1.2.1 跃移起步段(初始段)在力学分析的基础上，根据牛顿第二定律，建立泥沙跃移起步阶段运动方程为将拖曳力、上举力、重力的表达式代入，并引入希尔兹参数、颗粒雷诺数，同时令[CDA1+CLA2μ]=G′，式(4)、式(5)可以化简为式(6)、式(7)的各项系数具有明确的物理含义，为此引入如下物理概念[12-13]：颗粒惯性参数阻力参数颗粒运动的临界参数可以看出A、B、E、F均为颗粒雷诺数和y的函数，C、H均为颗粒雷诺数、希尔兹参数以及y的函数，故颗粒运动方程可以写为1.2.2 跃移飞行段跃移型推移质跃移飞行阶段，摩擦力等于零，运动方程可写为式中：相对流速ur=[(Ub-u)2+v2]0.5；(Ub-u)/ur和v/ur分别表示阻力与水流方向夹角的余弦和正弦．2.1 临界起动状态当泥沙颗粒处于临界起动状态时，此时可以近似忽略其垂向运动，只考虑纵向运动，纵向运动速度U=0，加速度．由运动方程式(8)可以得出C=0，由此可以得到很容易看出，式(12)其实就是代表着泥沙起动的希尔兹(Sheilds)曲线．2.2 临界扬动状态当泥沙处于由静止扬起临界状态时，此时可以忽略其纵向运动，只考虑垂向运动，垂向运动速度v=0，加速度=0，由运动方程式(9)得出H=0，进一步可以得到以沙粒雷诺数*Re为横坐标、希尔兹参数Θ为纵坐标绘出泥沙颗粒处于临界状态时的关系曲线，如图1所示．3.1 方程数值求解跃移颗粒飞行阶段运动方程是不能直接求得解析解的，必须借助于数值计算方法进行求解．采用四阶龙格-库塔法对方程组计算可得出轨迹、跃高和跃长等参数，在计算过程中做了如下的假定，同时对一些参数的确定方法也加以说明．1)假定计算中的颗粒是粒径为D的圆球，且为均匀密度．2)初始速度、的确定关于跃移初始速度，文献[20]认为u0/u*和v0/u*近似等于2，文献[21]认为跃移初始速度在u*∼2.5u*之间，文献[3]采用了2u*，文献[17]的分析中采用了2.5u*．基于上述前人的研究成果，本文计算中采用=2.5u*，=2.5u*．3)初始位置床沙颗粒在水流作用下开始运动，只有其跃起一定高度以后才认为是跳跃运动．胡春宏等[22]认为，当颗粒在运动中的最高点离开床面超过1,D高度后，即为跃移运动；Van Rijn[3]的研究中跃移初始位置采用0.6,D，初始位置为颗粒重心距床面的距离，因此与文献[14]的研究结果是一致的，故本文中跃移初始位置亦采用0.6,D．4)阻力系数DC和上举力系数LC阻力系数采用上举力系数LC受颗粒大小、形状、旋转角速度以及水流条件影响，一般可当作常量处理[23]，文献[4，16-19]的分析中均采用文献[23]中建议的L0.2C=，本文分析中也采用上述结果．5)采用对数流速分布式中：12α≈；χ为与沙粒雷诺数有关的函数．3.2 量纲分析为了对跃移运动参数进行统计特性分析，同时便于与别人的实验资料进行比较，需要对颗粒跃移运动所涉及的水流条件和颗粒参数无量纲化．反映颗粒跃移运动的参数主要包括水深H、坡降J、水的密度ρ、泥沙粒径D、跃移泥沙密度sρ、运动黏性系数μ、颗粒表面粗糙度sk、床沙粒径bD以及重力加速度g．利用π定理，可得无量纲方程[17]，即式中：F为无量纲跃移运动参数，包括跃高、跃长以及跃移速度；τ 为无量纲切应力，为摩阻流速，；*Re为颗粒雷诺数，．由于H≫D，Db≫ks，同时假定D=Db，则可以略去这3项，将τ、*Re合并，略去*U，可得参数．用(U*-U*c)代替U*．用参数代替τ，因此式(16)可以简化为3.3 数值计算结果及分析数值计算所得几组典型跃移轨迹见图2和图3．将数值计算所得跃移特征(包括跃高、跃长、跃移速度)与文献[4，16-17]的实验数据进行比较，跃高、跃长、跃移速度与*T的关系分布见图4～图6．可以看出，无量纲跃高、跃长均随*D和*T的增加而增大，但是当*T较大时，随*D的增幅程度变得不太明显．这说明，当水流强度较大时，无量纲跃高、跃长与颗粒形状的关系不显著．文献[5，24]指出，跃长仅与颗粒形状和大小有关，与水流强度无关，而本文中的分析结果则说明此结论只适用于强水流情况，在水流强度较低时，跃长是与水流强度有关的．由图7可以看出，数值计算得到跃高点长(跃移颗粒达到最高点时对应的跃长)约占整个跃长的35%，文献[17]的实验结果约为40%，文献[14]的研究结果为30%．根据数值计算结果，得到跃移运动参数的回归方程为式中HS、LS和VS分别为跃高、跃长和跃移速度．3.4 推移质输沙率推移质输沙率表示为式中bC为推移质浓度．根据文献[17]，bC可表示为将式(18)、式(20)、式(22)代入式(21)中得推移质单宽输沙率为由于文献[25-26]中的公式均是基于泥沙跳跃机理建立的，因此将式(23)与文献[25-26]中的2个公式进行比较，如图8所示．从图8中可以看出Yalin公式[25]计算结果明显偏小，式(23)在低强度下计算结果较文献[25-26]中的公式计算结果偏大，而随着水流强度增大，计算结果与文献[25-26]中的公式计算结果吻合程度较好．(1) 针对跃移型推移质泥沙运动，从泥沙颗粒典型受力出发，分别建立了床面层内跃移质运动起步阶段和飞行阶段的理论模型．(2) 根据跃移颗粒起步阶段运动方程特性，从理论上推导得到了泥沙由静止起动、扬动的函数表达式，从理论上解释了希尔兹曲线的物理意义．(3) 利用数值计算方法求得的跃移轨迹与前人实验资料吻合较好，并且从中可以看出：颗粒跃移轨迹形状类似弹道，颗粒的跃移高度、长度以及跃移速度均随水流强度的增大而增大，在相同的水流强度下，粒径大的颗粒的跃高、跃长以及跃移速度要比粒径小的大；当水流强度较低时，无量纲跃高、跃长均随*D的增大而增大，跃高、跃长都与水流强度有关；当水流强度较大时，无量纲跃高、跃长随*D的变化不太显著；跃高点大约处于1/3的跃长处.(4) 根据数值计算结果，回归得到了跃移运动参数(跃高、跃长、跃移速度)的数学表达式，并进一步得到了相应的推移质输沙率公式，将所得输沙率公式与其他公式对比，说明其可以反映实际输沙情况.【相关文献】［1］钱宁，万兆惠. 泥沙运动力学[M]. 北京：科学出版社，1983.Qian Ning，Wan Zhaohui．Kinematical Mechanics of Sediment[M]. Beijing：Science Press，1983(in Chinese).［2］ Peng Gao. Transition between two bed-load transport regimes：Saltation and sheet flow [J]. Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，2008，134(3)：340-348.［3］ Van Rijn L C. Sediment transport(Part I)：Bed load transport[J]. Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，1984，110(10)：1431-1456.［4］ Nino Y，Garcia M. Experiments on saltation of sand in water[J]. Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，1998，124(10)：1014-1025.［5］ Einstein H A. Formula for the transportation of bedload[J]. Transactions of the American Society of Civil Engineers，1942，107：561-597.［6］ Sekine M，Kikkawa H. M echanics of saltating grainsⅡ[J]. Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，1992，118(4)：536-558.［7］ Wiberg P L，Smith J D. Calculation of the critical shear stress for motion of uniform and heterogeneous sediments[J]. Water Resources Research，1987，23(8)：1471-1480. ［8］ Wiberg P L，Smith J D. Model for calculation bed load transport of sediment[J]. 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第三节河流泥沙运动力学的理论与实践
第三节河流泥沙运动力学的理论与实践中国河流，特别是北方河流自古多沙。
多沙河流的水流运动有其特殊性。
这种区别于清水河流的特殊性使多沙河流的治理变得更加复杂。
古代对河流泥沙运动的理论认识起源于春秋战国时期，在两汉取得突出的进步，经过北宋的发展，至明代后期达到高峰。
这些大多处于定性阶段的理论认识在古代世界是领先的，其中一些还在治河实践中得到应用。
一泥沙运动力学的起源与张戎的贡献(一)对泥沙运动的观察水流有清浊之分，古人早有观察和记录。
《诗•小雅•谷风之什》曰：“相彼泉源，载清载浊。
”战国时人解释河水变浊的原因是：“夫水之性清，土者汨之，故不得清。
”②《尔雅•释水》并且具体解释黄河之所以含沙量高的原因是“河出昆仑墟，色白，所渠并千七百一川，色黄。
”晋代学者郭璞(273～324)对黄河之所以黄注解说：“潜流地中，汨漱沙壤，所受渠多，众水溷淆，宜其浊黄。
”即黄河之浊是众支流挟沙汇入所致。
水流含沙是水流的搬运作用。
北宋科学家沈括(1031～1095)曾指出，以黄河为首的华北诸河多浊流，河水挟带的泥沙都是上中游被冲蚀的土壤。
所以他的结论是：“所谓大陆者，皆浊泥所堙耳。
”③并且举例说，舜杀治水失败的鲧于羽山，这个羽山当时是在东海里，现在则在大陆，以为证明，正确地解释了华北平原的成因。
他还认为，浙江温州的雁荡山诸峰挺立，“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，惟巨石岿然挺立耳”。
④那么，泥沙是否能被流水携带，还要看水流的速度与泥沙的粒径和比重。
东汉初年王充(27～97)指出：“湍濑之流，沙石转而大石不移，何者?大石重而沙石轻也。
”⑤而相反的情况则是大哲学家老子所概括的：“浑兮其若浊，孰能浊以止?静之徐清。
”⑥当挟沙水流静止下来的时候，便失去拖曳力和上举力，原来被流水挟带的泥沙随之沉降下来。
在春秋战国时期的水利建设中，已实际应用了水流冲淤的概念。
《考工记．匠人》中说：“凡沟，必因水势；防，必因地势。
善沟者，水漱之；善防者，水淫之。
泥沙运动力学
泥沙运动力学水力学基础持续介质：流体是由持续散布的流体质点组成的介质。
粘性力：由于存在内摩擦，一层流体对相对运动的另一层流体产生阻力。
牛顿内摩擦定律：牛顿流体粘性切应力与流体切边率成正比关系。
拉格朗日法：着眼于流体质点，跟从流体质点一路运动，记录流体质点在运动进程中各类物理量随所到位置和时刻的转变和规律。
欧拉法：着眼于空间点，把流体物理量表示为时空位置和时刻的函数。
流体无力量在不同时刻的时空散布。
迹线：流体质点在空间运动时所刻画出来的曲线叫做轨迹。
流线：流线是如此的曲线, 于某一固按时刻，该曲线上各点的速度方向与该点的切线方向一致。
理想流体：不可紧缩的、没有粘滞性称为理想流体。
持续方程： 不可紧缩流体：密度为常数，那么和时刻无关。
那么可紧缩定常流：变量与时刻无关。
那么雷诺数：Re=惯性力/粘性力弗洛伊德数：Fr=惯性力/重力伯努利方程：由于有粘滞力因此总能量必然是慢慢减少的。
泥沙特性1.泥沙来源泥沙：在流体中运动或受水流，风力，波浪，冰川和重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。
泥沙的来源：岩石的风化是泥沙的重要的来源。
它包括机械的分离和化学的分解两个方面。
泥沙矿质的组成：长石，石英，云母石，高岭土，氧化铁泥沙特性 有泥沙颗粒的特性和泥沙群体的特性两种。
泥沙颗粒的特性要紧有：①重度，单位体积泥沙颗粒的重量，以千克/米3表示，其数值随泥沙的岩性不同而异，矿物成份主若是石英和长石，泥沙的重度一样约2650千克/米3。
②粒径，泥沙颗粒大小的一种量度，有不同方式表示。
经常使用的有等容粒径即体积与泥沙颗粒相等的球体的直径；筛径,即用具有不同孔径的标准筛,对泥沙进行分筛求出的粒径；沉降粒径，即依照粒径与沉降速度的关系算出的粒径等。
③沉速，指泥沙颗粒在无边界静水内的沉降速度，以米/秒或毫米/秒表示。
它也可作为泥沙颗粒大小的一种量度，故又称泥沙的水力粗度。
沉速综合反映颗粒和水的特性，因此是泥沙运动的一个重要参数。
七泥沙的推移质运动
1 概述
按照运动形态的不同，水流中运动的泥沙可分为悬移质和推移质两个部分。推移质通常沿河 床滚动、滑动、跳跃前进，动静间歇，与床面静止的泥沙时常交换，前进速度远较水流速度小。 而悬移质泥沙是在水流中浮游前进，其顺水运动速度与水流运动速度基本上相同。由于推移质沿 着床面运动，运动机理复杂，参数难以精确测量，不确定因素较多。因此，与悬移质相比，推移 质是泥沙研究中相对薄弱的课题。本调研将从泥沙起动、沙波运动、动床阻力、推移质输沙率和 推移质实（试）验等几个方面，对推移质的研究发展动态进行跟踪阐述。
究院，2010）。 对于床沙粒径比较均匀，用中值粒径或平均粒径来计算起动条件，能与实际基本相符。但对
于床面泥沙级配很不均匀的情况，不可能用一个代表粒径来计算起动条件，为此引进临界起动概
率的概念，与之相对应的泥沙颗粒粒径被称为临界起动粒径。根据 Meyer-Peter 和 Einstein 的推 移质输沙率公式，把输沙率很小（接近于零）作为泥沙起动的水力条件，由此得到的临界水力强
=
C
这里，Wc 是泥沙起动的水流功率，C 是常数。
对于某一河床比降和天然沙，式（3）可写为：
qc
=
K
d3/2 S
这里，qc 是泥沙起动的单宽流量，S 是河床比降。
（3） （4）
根据实验资料，Schoklitsch(1934)得到了与式(4)类似的泥沙起动公式，即 qc = 0.0194d / S 4 / 3 ，
动流速 Uc（垂线平均流速）可表示为：
Uc = η
ρs
− ρ
ρ
gd
⎜⎛ ⎝
h d
⎟⎞m ⎠
（1）
式中，ρs, ρ分别是泥沙和水的密度，g 是重力加速度，d 为泥沙粒径，h 是水深，m 是指数，η是 综合系数，可由起动流速实测资料反算。Shamov（1952）根据实验资料，求得η和 m 分别为 1.14 和 1/6。在这类公式中，李保如（1959）公式也有一定的代表性。若垂线流速分布采用对数形式， 则代表性的公式有 Goncharov（1962）和 Levy（1956）公式。
第三章 泥沙特性
泥沙颗粒）的双电层。
+
+ +
+
+吸
++ + +
附
层
扩散层
内 泥沙颗粒 层 外层 中性水
双电层
32
1、泥沙颗粒周围的双电层
2、双电层的外层 ①、吸附层 ②、扩散层
①、吸附层（固定 层，不活动层）
紧靠内层的反离子， 由于受静电引力大， 便与颗粒表面牢固 地结合在一起，称 吸附层。
++ + +
+
+
+ ++
c很缓，粒径变 化范围大，各组 粒径含量接近， 组成不均匀，级 配良好
请想想:砼搅拌中要求组成沙级配良好，对应均匀沙或非均匀沙？
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
(二)沙样组成与粒配曲线
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
(二)沙样组成与粒配曲线
1.1.2
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
+ +
+ +
+ +
+
+ +
+
+吸
++ + +
附
层
内 泥沙颗粒 层 外层
双电层
扩散层 中性水
33
1、泥沙颗粒周围的双电层 2、双电层的外层 ①、吸附层 ②、扩散层
②、扩散层（活动层）
扩散层：距内层较远的 反离子与颗粒表面结合 的就不牢固，具有一定 的活动性，这一层叫做 扩散层。
++ + +
河流泥沙动力学习题及答案
河流泥沙动力学习题1.某河道悬移质沙样如下表所列。
要求：（1）用半对数坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、d pj 、ϕ（2575d d =）的数值。
（2）用对数概率坐标纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线，求出d 50、ϕ的数值。
（3）用方格纸绘出粒径组的沙重百分数P 的分布图，绘出粒径的累积分布曲线。
解：根据题意计算出小于某粒径之沙重百分数，列表如上。
（1）、半对数坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线,从下述半对数坐标纸上的粒配累计曲线上可查得中值粒径m m 054.050=d ，m m 075.075=d ，m m 041.025=d 。
平均粒径：069.01008675.6141141==∆∆=∑∑==i ii iipj pdp d ， 非均匀系数：353.1041.0075.02575===d d ϕ。
半对数坐标纸上的沙重百分数p的分布图2468101214161820220.010.11粒径（mm）沙重百分数（%）半对数坐标纸上的粒配累积分布曲线1020304050607080901000.010.11粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）（2）、对数概率坐标纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线 （3）、方格纸上粒径组的沙重百分数P 的分布图及粒径的累积分布曲线方格纸上的沙重百分数p的分布图2468101214161820220.050.10.150.20.250.3粒径（mm）沙重百分数（%）方格纸上的粒配累积分布曲线10203040506070809010000.050.10.150.20.250.3粒径（mm）小于某粒径之沙重百分数（%）2.已知泥沙沉降处于过渡区的动力平衡方程式为（ω可查表）：223231)(ωρωρυγγd K d K d K s +=-令上式为 A=B+C要求计算并绘制d ～C B C +及d Re ～C B C +的关系曲线。
水流挟沙力计算公式研究综述
[5] [4 ]
U ω
0.23
1
Δ h h
0 .04
d2 5 d7 5
0.1 06
（9 ）
赵龙保[1 1]根据椒江口的实测资料，引入前期含沙量的概 念，获得了较为理想的挟沙力经验公式： S f (e ) = a ( U f (e ) ) (Se ( f ) )
m n
（10 ）
（2 ）
ρ Uh m η
U
2
U
0 . 33
B h
0 .3 2 . 85 μ r
gh
ω
舒安平[35 ]从挟沙水 流紊动能量平衡时均方程理论出发， 建立了高含沙水流挟沙能力公式：
Sv = P f (μ ) r k2 fm 8
3/ 2 N
γ U3 m γ γ gR ω s m
曹如轩[ 3 6]利用南科所以及黄河等室内外实测资料，分粒 径组考虑，分别讨论了高含沙水流，建立了以下公式：
/( gR ω )
3
]
1.5 1.5
]
（2 1 ）
S*i = k μ r
α
ω i
β
(Pi
+ P KDPbi )
U3
2．波、流共同作用下的挟沙力公式
刘家驹
[21 ]
γ γ s gRω i γ
（32 ）
认为淤泥 质海岸的主要动力因素是以特征流速 吴伟明[3 1]运用床面泥沙交换机理对平衡输沙水流挟沙力 进行了探讨， 建立了平衡输沙时的非均匀沙分组挟沙力公式： （2 2 ）
Z
第 11 卷
泉与窦国仁的研究，得出的长江口半潮平均挟沙力公式为：
S * = K1 U U + K2 gh ghω
河流动力学第四章 推移质运动
沙莫夫公式
＝1.144
m=1/6 适用范围：
D>0.2mm
岗恰洛夫公式
对数流速分布 适用范围：
0.08－1.50mm
1
Uc 1.144
s
gD
(
h D
)
6
Uc
1.07 lg
8.8h D95
s
gD
§4.2. 泥沙的起动
三、无粘性均匀沙的起动拖曳力
起动拖曳力
0
hJ
U
2 *
Krammer方法：定性标准
最常用的方法 具体内容
♥ 无泥沙运动：静止 ♥ 轻微的泥沙运动：个别动，可数 ♥ 中等强度泥沙运动：少量动，不可计数 ♥ 普遍的泥沙运动：普遍动，床面变形
§4.2. 泥沙的起动
五、与泥沙起动有关的几个问题
泥沙起动具有随机性 泥沙条件 ♥ 大小、形状 ♥ 级配、密度：均匀沙，非均匀沙 ♥ 床面平整、颗粒排列 水流条件 ♥ 水流的紊动 ♥ 流速的大小
♥ 推移质运动达到一定规模，床面起伏 ♥ 泥沙颗粒在床面的集体运动
用途
♥ 推移质运动的一种主要形式 ♥ 构成河床地形的基本元素 ♥ 影响：水流结构，河道阻力，泥沙运动，河床演变
主要内容
沙波形态和运动状态 沙波的产生和消亡
§4.3.1. 沙波形态和运动状态
沙波介绍
名词：波峰、波谷、波长、波高 特点：迎水面：较为平坦、背水面：相对较陡
♥ 悬移质中的较粗部分 ♥ 推移质中的较细部分
同一泥沙组成：表现不同
♥ 水流较强时：悬移质 ♥ 水流较弱时：推移质
§4.1. 泥沙运动的形式
推移质与悬移质间的转换过程
悬移区 床面层 层移区 河床
（悬移质）
泥沙运动力学教学文件(1)
泥沙运动力学Sediment Transport Mechanics第一章概述1. 泥沙运动力学—泥沙在流体中，冲刷（scour）、搬运（transport）和沉积（deposition）的运动规律。
二相：固、液运动：河流、渠道、荒漠、水库、海滨、管路中，在流水、风、波浪作用下运动。
2. 著名产沙河流：黄河：16亿吨/年、土壤剥蚀1.6毫米/年。
总沙量和平均含沙量世界第一。
印度、孟加拉国的恒河：14.51亿吨/年，世界第二。
孟加拉国的布拉马普特拉河：7.26亿吨/年，世界第三。
3. 国内外著名泥沙研究机构：（1）国内大学：清华大学、北京大学、河海大学、武汉大学、大连理工大学、四川大学、天津大学、西北农林科技大学、西安理工大学、华东师范大学、郑州大学、华北水电学院、新疆大学、长沙理工大学、重庆交通大学…（各大学研究侧重点不同）（2）国内科研院所：中国水电科学研究院、南京水利科学研究院、黄河水利科学研究院、长江科学研究院、淮河水利委员会水科所、天津水运工程科学研究院、西北水利科学研究所、…（各单位研究侧重点不同）（3）国家重点实验室：四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室（1990）、大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室（1990）、华东师范大学河口海岸国家重点实验室（1995）、武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室（2003）、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室（2004）、河海大学水文水资源与水利工程国家重点实验室（2007）、天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室（2011）（4）国外：Colorado State University, The University of Iowa, TheUniversity of Mississippi, Dundee university, Birmingham University, The University of Manchester, Karsluhe University, Delft University of Technology, …美国陆军工程师兵团水道实验站美国农业部国家泥沙实验室美国地质调查局海湾海岸水利科学中心荷兰德尔夫特水力实验室印度水资源部水电研究中心日本中央大学水力实验室挪威水工实验室…（5）国际泥沙研究机构：国际泥沙研究培训中心（International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation）(IRTCES),北京4. 泥沙学术会议河流泥沙国际学术会议—1980年第一届（北京），1983年第二届（南京），1986年第三届（美国），1989年第四届（美国），1992年第五届（德国），1995年第六届（印度），1998年第七届（香港），2001年第八届（印度），2004年第九届（宜昌），2007年第十届（俄罗斯），2010年第十一届（南非）国际水力学会学术会议—四年一届，已举办30届（2011年31届川大）国际随机水力学会议—三年一届，已举办12届国际水科学与工程学术会议—三年一届，已举办6届亚太地区国际水力学学术会议—三年一届，已举办13届全国泥沙基本理论学术会议—90年第一届，已举办5届5. 泥沙学术期刊《水利学报》，《地理学报》，《泥沙研究》，《水动力学研究与进展》，《水科学进展》，《水力发电学报》，《海洋学报》，《人民长江》，《人民黄河》，各大学学报《Journal of Fluid Mechanics》《Journal of Hydraulics Engineering》《Journal of Geophysics Research》《Journal of Water, Port, Coastal and Ocean Engineering》《Water Resources Research》《International Journal of Sediment Research》6. 我国河流泥沙研究的二大特点：（1）以黄河为代表：颗粒细，含沙量大，级配窄，悬移质（2）以长江为代表：颗粒粗，级配宽，推移质如都江堰实测：D max=510mm, D min=0.15mm,D max/ D min=3400倍7. 泥沙带来的问题（泥沙灾害）（1）水库淤积：全国20座重点水库的观测资料说明，多数水库运行不足20年，总淤积量即达设计库容的18.6%。
河流动力学2-泥沙特性
Chap1 泥沙特性本章知识要点：泥沙粒径表达形式泥沙的组成与粒配曲线比表面积的意义双电层与结合水泥沙干容重及其影响因素泥沙沉速与层流、紊流、过渡区絮凝现象● 泥沙来源：①流域地表冲蚀而来；②从原河床上冲起的。
● 土壤侵蚀最严重的黄河中游的黄土高原永定河和西辽河流域，相当于地表每年普遍冲掉0.6毫米的厚度，加上人类活动，如盲目开垦等，含沙量很高的正是黄河中游的一些干支流，年均含沙量高达300公斤/m 2以上，而南部一些省份，年均含沙量不足1公斤/m 2。
§1－1 泥沙的几何特性一、泥沙的粒径● 泥沙的不同形状与它们在水流中的运动状态有关，较粗的沿河底推移前进，碰撞机会多，动量较大易磨损；反之不易磨损而保持棱角峥嵘的外貌。
为比较不同泥沙颗粒的形状、大小的异同，必须有某些指标对它们进行对比。
泥沙的形状的表达方式● 球度系数：（因为泥沙接近于球体，所以以球体作参照物）与沙粒等体积的球体的表面积与泥沙的实际表面积之比（与球接近的程度）。
研究表明，球度系数相等的两颗泥沙，在水中的流体动力特性大致相同。
由于球度系数难以测定（V 可用排水、称重法确定，但表面积难以测定），常用泥沙的长、中、短三个轴a, b, c ，按下式近似表示：Φ=1942年克来拜因提出）● 形状系数：ab c S P = 1、 等容粒径：泥沙颗粒的大小通常用泥沙颗粒直径来表示，泥沙颗粒形状不规则，难以确定泥沙的粒径，实际中采用等容粒径来表示。
即：与泥沙颗粒体积相等的球体直径。
（泥沙体积可用称重、排水等方法测出：W V g ρ=）——对比水力学中表面粗糙度的∆确定 136V d π⎛⎫= ⎪⎝⎭ 式中：V 为泥沙颗粒的体积。
2、算术平均粒径：用长、中、短轴（a 、b 、c ）的算数平均值来表征泥沙粒径1()3d a b c =++3、几何平均粒径：d =当泥沙形状为椭球体时，等容粒径与几何平均粒径相同（V=лabc/6=лd 3/6）4、中轴长度：接近而偏大于几何平均粒径（较粗天然沙测量的结果）5、筛径：仅对于单颗的卵石、砾石等可以通过称重，再除以泥沙的重率，得到体积而后求其等容粒径，或直接量测其三轴长度，再求其平均值。
泥沙起动理论1
泥沙的临界起动(滑动)条件τc是如何推导的?
注意：此处的推 导只适用于无粘 性均匀沙 床面沙粒开始滑动的条件
颗粒所受的上举力
FD = k (W '− FL )
摩擦系数 总压力
颗粒所受的拖曳力
W’ 颗粒的水下重量
河流动力学基础 22
研究泥沙起动的方法
-
定量确定起动条件
-
起动的随机性
-
临界起动的切应力表达法
断面平均流速
理论上说，用τc表达临界起动条件更准确； 但是，在很多时候用Uc更方便。
U
床面平均剪切应力
τ0
河流动力学基础
19
研究泥沙起动的方法
-
定量确定起动条件
-
起动的随机性
-
临界起动的切应力表达法
-
Shields曲线
临界起动条件是指最容易起动的颗粒即将起动
“上限” : 最难起动的那个颗粒将要起动了。 “下限” : 最容易起动的那个颗粒将要起动了。
起动和推移运动现象的观测
野外河流观测 推移运动(所有的大颗粒和小颗粒都在运动)
河流动力学基础
10
研究泥沙起动的方法
-
定量确定起动条件
-
起动的随机性
-
临界起动的切应力表达法 -
Shields曲线
确定性分析:受力平衡法给出临界起动条件
一颗静止于床面上的泥沙，受重力、床面摩擦力和水流的作用力影响。当 重力或摩擦力和水流的作用力达到平衡时，泥沙颗粒处于临界起动状态。
河流动力学基础
15
研究泥沙起动的方法
-
定量确定起动条件
-
起动的随机性
-
临界起动的切应力表达法 -
河流泥沙动力学
4.1泥沙起动的物理机理（1.0学时）
4.2均匀沙的起动条件（1.0学时）
4.3非均匀沙的起动条件（0.5学时）
4.4斜坡上泥沙的起动流速（0.5学时）
4.5止动和扬动流速（1.0学时）
教学方法与 教学手段
教学方法：1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式， 多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
二、课程知识、能力体系
《河流动力学》课程知识（能力）体系
序号
知识单元描述
知识点
对应能力
学时
要求
1
第一章
河流动力学基 本概念简介
河道水流的基本特 性；河道水流的水流 结构；河道水流的紊 动及阻力损失。
掌握河道水流 的基本特性
2
了解
2
第二章 泥沙的特性
河流泥沙来源；泥沙 的矿物特性与分类； 泥沙的几何特性与重 力特性。
4
掌握
5
第五章
沙坡运动及动 床阻力
沙坡形态和运动状 态、沙坡的发展过程 和形成机理；床面形 态的判别标准、沙坡 尺度及其运行速度； 动床阻力。
能熟练掌握沙 坡运动与动床 阻力
3
熟悉
6
第八章 推移质输沙率
推移质简介；均匀推 移质输沙率公式与非 均匀推移质输沙率公 式；估算推移质输沙 率的其他方法；用统 计理论处理推移质输 沙率问题的新进展。
课程简介
《河流动力学》课程是水利水电工程专业的一门专业教育课。是研究河 道在自然状态下以及受人工建筑物控制以后在水流与河床相互作用的过程中 运动发展的力学规律的一门课。本课程的知识点相对分散，公式较多，学生 反映不太好学，因此，在本课程教学中应该以泥沙运动作为主线，以泥沙起 动、推移质运动和悬移质运动的运动规律的分析理解作为重点，进而对理解 泥沙运动对水流阻力、水流运动加以理解掌握。河床演变应与水流泥沙运动 相联系。
泥沙和污染物耦合方程及其底边界条件
泥沙和污染物耦合方程及其底边界条件摘要：本文理论上分析了水流泥沙污染物耦合方程，在对其底边界条件的分析中分别采用挟沙力和切应力方法给出了冲刷引起的吸附在泥沙上污染物的迁移量；并采用悬沙底变形方程给出了冲刷引起的底泥中的水相污染物输运量；最后给出了含有泥沙近底通量的二维污染物水质方程，有效的将泥沙与污染物结合起来。
关键词：泥沙，污染物，三维方程，二维方程，底边界条件Abstract: This paper analyzes theoretically the flow of water sediment pollutants coupling equations, in the bottom boundary conditions sediment-carrying capacity and shear stress method was adopted and it gives scour the adsorption of sediment in the cause of the pollutants transfer amount; And the suspended sediment bottom deformation are caused by erosion of the equation of the sediment water phase pollutants lose traffic volume; Finally given near the bottom sediment contains the flux of 2 d pollutants water quality equation, effectively will combine pollutants with sediment.Keywords: sediment, pollutants, 3d equation, 2d equation, bottom boundary conditions泥沙是水体生态系统的重要组成部分，可以看作是水中污染物的储备器和来源之一。
泥石流运动特征值计算方法-
泥石流运动参数特征值计算方法--- 以xxxxx村泥石流沟为例摘要：文章在前期地质调查基础上，对治理区泥石流运动参数进行了详细计算，包括泥石流流量、流速、整体冲击力、冲起高度、弯道超高等，并对该泥石流沟提出治理建议。
关键词：泥石流；运动参数1, 前言泥石流是山区特有的一种不良地质现象，由暴雨或上游冰雪消融形成的携带有大量泥土和石块的间歇性洪流。
具有突然发生、来势凶猛、历史短暂、破坏力强的特点。
沿途冲毁道路桥梁，淹没房屋农田，阻塞河道，在顷刻问造成巨大灾害，应该要注意防范。
泥石流勘查指在收集已有资料的基础上，结合测绘、勘探（钻探、物探等）、试验等手段，对泥石流活动区域进行的有关泥石流的形成、活动、堆积特征、发展趋势与危害等方面的各种实地调查、综合分析与评判，为泥石流防治方案的选择和防治工程的设计提供基础资料。
其中泥石流运动特征值的包括流量、流速、冲击力、弯道超高等，泥石流的这些运动参数不仅反映了泥石流的规模、强度和流体性质，其确定方法和计算结果还直接决定着泥石流防治建筑物的类型、结构和尺寸,是泥石流研究和防治工程设计的基础。
2, 治理区概况2.1治理区位置治理区位丁xxxxx西北方向，处丁xxxxxx 风景区，行政区划上隶届丁xxxxx 镇。
中心点坐标为北纬xxxxxx ,东经xxxxxx。
该地区分布有S213省道（xxx公路），交通较为便利。
2.2地质环境背景（1）地形地貌：治理区地处燕山南麓，届低山丘陵地区，海拔标高+240〜487m总体地形北高南低，相对高差90〜180m治理区沟谷发育，呈“ V'型及“LT型，谷宽20〜60m沟谷两侧山体坡度较陡，自然坡度角区约为55〜75° , 部分岩质边坡近乎直立，沟床纵坡15°,单沟沟谷为南北向，沟谷内第四系坡积，残积物较厚，植被较发育。
图1治理区地形地貌图(2) 地层岩性：治理区一带区域地层，除第四系坡积，洪积层外，主要为侏罗系中上统髻髻山期岩浆岩，成分主要为安山岩，分布广，厚度大，斑状结构，块状构造，杏仁构造，同时存在少量粗安岩，粗面岩，火山碎屑岩。
地质地形知识：研究地球上的河流泥沙运动
地质地形知识：研究地球上的河流泥沙运动地球上的河流泥沙运动是地质地形学中的一个重要研究领域。
河流泥沙运动是指河水中含有的泥沙、砂石等颗粒物质，在河道中通过水力和重力的作用下进行的多种运动形式。
这种运动不仅对于河流的形态和地貌的形成具有关键影响，同时也在生态环境和土地利用等方面产生了广泛的影响。
河流泥沙运动的机理和影响因素河流泥沙运动是由河水流动力学和水体粒子稳定原理联合作用的结果。
流动力学方面，泥沙颗粒在河道中的运动是由河水流速的差异和水力扰动的作用下产生的。
水体粒子稳定原理是指泥沙颗粒在水体中能保持相对稳定的位置，越小的颗粒越难保持稳定。
河流泥沙运动受多种因素的影响，主要包括河水流速、河道坡度、泥沙颗粒大小和砂粒度。
其中河水流速是决定泥沙颗粒在流体中移动的关键因素，速度越快，颗粒的移动越迅速。
河道坡度是泥沙颗粒始终在向下流动的重要原因，坡度越大，流速越快，泥沙颗粒的运动越迅速。
泥沙颗粒大小也会影响其在河水中的运动性质，由于机械力的不同，不同大小的泥沙颗粒具有不同的特点。
而砂粒度影响泥沙颗粒的堆积和运动，砂粒度主要是指沉积在河床下方的砂粒的大小，影响着泥沙颗粒在河床中的沉积、侵蚀和运动。
泥沙颗粒的运动形式河流泥沙运动的形式主要包括切向流动和横向作用两种。
切向流动是指泥沙颗粒在水流方向上进行的运动，其中包括泥沙颗粒的输运、悬移和底部载荷沉积。
而横向作用指的是横向的水流动力对泥沙颗粒的作用，泥沙颗粒会随着水流的横向变化而发生运动，产生的结果包括点滴侵蚀和岸边侵蚀等。
此外，泥沙颗粒的运动还会形成塑性形变和碎屑磨损等。
这些形成的特征在不同环境下展现出不同的特点。
河流泥沙运动对生态环境和土地利用的影响河流泥沙运动对生态环境和土地利用产生了广泛的影响。
在河流生态系统中，泥沙颗粒的输运对于水生动植物和生态环境的平衡性具有关键影响，对于鱼类和其他水生生物的生长和繁殖环境也有着重要的影响。
此外，泥沙颗粒的沉积也对流域土地利用的产生了影响。
工程泥沙问题研究综述
工程泥沙问题研究综述工程泥沙问题可以简单的定义为受人类活动影响而发生河床或海床变形及有别于自然情况下的泥沙问题。
在实际工程中对泥沙研究目的主要是认识水流中的泥沙运动规律、河床演变规律,进而解决水利工程中的泥沙问题。
研究方向主要分为河流航道工程泥沙问题和海岸工程泥沙问题两大类，其中河流泥沙研究起步较早，而海岸工程泥沙问题是由前者衍生而来的一门新的分支学科，早在公元前256 年的战国末期,当时李冰父子在修建都江堰工程时巧妙地利用了水流泥沙运动规律,工程布局完全符合现代泥沙运动力学原理,使都江堰工程至今已经成功运行至今。
泥沙运动涉及侵蚀、输运、沉积等地貌过程，各种过程涉及的时空尺度变化范围极大。
在一些情况下必须考虑地质构造的上升、下降等大尺度、长时期的过程，有时又必须考虑泥沙起动、悬移等微尺度和瞬时的过程。
正是由于这些特点，河流泥沙研究包含了从宏观到微观多方面的物理现象，因而尽管国内外在河道治理方面不乏成功的例子,但是泥沙学科体系的建立还是20世纪的事情。
19世纪末期，法国的DuBoys第一次提出推移质运动的拖曳力理论。
泥沙学科研究初期，Gilbert 在20 世纪初通过水槽试验研究推移质泥沙的运动规律,最早建立了推移质运动的模式和计算公式。
Rouse等在20世纪30年代初类比分子扩散理论，导出了著名的悬移质泥沙浓度分布公式，至今还在广泛应用。
而后Einstein、Bagnold、Engelund 等人奠定了泥沙学科的基石Einstein 首创用统计方法研究悬移质输沙率和推移质输沙率，导出泥沙挟沙力的计算公式。
特别突出的是能进行非均匀输沙的计算。
此外，Einstein 还定义了冲泻质和床沙质的概念，提出了冲积河流阻力划分与计算方法。
Bagnold 注重泥沙运动的物理本质，用基本物理概念和物理过程描述方法来研究泥沙运动规律，所建立的推移质输沙率、悬移质输沙率计算公式，物理概念明确、理论分析合理，具有较好的计算精度。
泥沙运动力学
泥沙运动力学悬移质在运动过程中与推移质和床面泥沙（简称床沙）之间经常发生交换。
其中较粗的颗粒在床沙中大量存在，有机会进行充分地交换，使其含量与水流挟沙能力相等，称为床沙质；较细的颗粒在床沙中很少，当来量不足时不能从床面得到补充，其含量常小于水流挟沙能力，取决于流域来沙量，称为冲泻质。
通常将床沙组成中5%～10%的细颗粒段泥沙视作冲泻质。
悬浮在水流中随水流运动的泥沙颗粒。
天然河流大都属紊流，其中存在着许多尺度不等、具有不同运动速度和旋转方向的涡体。
从床面上掀起的泥沙颗粒进入主流区后，如果遇到向上的紊动涡体，就会被带入更高层的水流中去，并随水流一起运动，成为悬移质。
悬移质在水流中的运动轨迹是很不规则的，沿水流方向的运动速度和水流速度大致相同。
维持泥沙悬浮运动的能量主要来自水流紊动能。
悬移质在运动过程中与推移质和床面泥沙（简称床沙）之间经常发生交换。
其中较粗的颗粒在床沙中大量存在，有机会进行充分地交换，使其含量与水流挟沙能力相等，称为床沙质；较细的颗粒在床沙中很少，当来量不足时不能从床面得到补充，其含量常小于水流挟沙能力，取决于流域来沙量，称为冲泻质。
通常将床沙组成中5％～10％的细颗粒段泥沙视作冲泻质。
单位水体中所含悬移质的质量称为含沙量(kg／m3)。
平衡输沙状态下含沙量沿水深分布可由悬移质运动理论计算。
悬移质运动理论主要有两种。
①扩散理论：20世纪30年代由美国的M.P.奥布赖恩和苏联В.Μ.马卡韦耶夫分别提出。
他们认为在紊动扩散作用下，泥沙从含沙量较高的流层（通常在河底附近）传递到含沙量较低的流层，泥沙扩散强度与含沙量梯度成正比。
这种扩散作用平衡了受重力作用而下沉的泥沙，使含沙量维持恒定分布，据此可得出含沙量沿水深分布公式。
②重力理论:50年代由苏联的Μ.Α.韦利卡诺夫提出，认为挟沙水流在运动过程中所做的功,除了阻力功外,还有悬浮功。
据此，也可导出含沙量沿水深分布公式。
对于重力理论目前有不同认识。
泥沙运动力学
1）给出 的初始试算值；
2）用 的试算值计算平均流速。 ，为了查出，需要用到粘性底层 的值
故
3）求出 ，与给定流量值比较。其中 。
重复试算，直至求出正确的 。试算过程如下：
试算值（ ）
（ ）
（ ）
1
0.000131
6.87
1.02
2.11
37.97
1.1
0.000125
7.21
1.01
2.23
40.18
1.05
0.000128
7.04
1.01
2.17
39.07
1.08
0.000126
7.14
1.01
2.21
39.74
1.09
0.000125
7.17
1.01
2.22
39.96
1.095
0.000125
7.19
1.01
2.23
40.07
1.092
0.000125
7.18
4、写出紊动扩散方程推导过程中的各种条件和假定。
答：理论基础是液体的紊动扩散理论，通过把泥沙颗粒或液体微团的运动与分子热运动相比拟得到的，基本方法是用梯度型扩散来描述颗粒随机运动的宏观结果。
1）对于紊动水流，流速和浓度均具有脉动分量，可将流速和含沙浓度的瞬时值分解为时均值和脉动值
2）脉动值的长时间平均为0，分子扩散系数常数。对于二维水流，垂向时均流速为零V=0。均匀流
（2）取 ， 。由 代入数据可得
求得 即取水口高度应大于0.19m.
（2）对于床沙质来说，当它的来量发生永久性变化时，水流对河床发生分选，河床逐渐粗化或细化，使河道的挟沙能力也随而减小或增大；对于冲泻质来说，一般只要床沙组成中的相应部分有小的变化，就可以和来沙的变化相适应，不需要河槽本身作出急剧的改变，正因为如此，所以也把床沙质成为“造床质”，把冲泻质称为“非造床质”的。
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2018年博士生入学考试科目《泥沙运动力学》
考试大纲
一、要求了解和掌握的内容
C1、了解泥沙运动力学的研究内容，掌握泥沙问题在生产实践中的重要性。
C2.1、掌握泥沙的来源以及机械分离、化学分解的类型和原因，了解岩石风化的速度及产物。
C2.2、掌握泥沙群体特性、粒配曲线体现的特性以及平均粒径、中值粒径、等容粒径等计算确定方法，了解细颗粒泥沙的物理化学特性、泥沙的分类。
C2.3、了解浑水的一般性质，掌握浑水容重、含沙量的表示方法和计算公式。
C3、掌握泥沙的沉降过程和沉降状态，掌握球体颗粒泥沙在层流、紊流状态下的重力、阻力的计算方法和公式以及沉速的计算公式，了解天然泥沙颗粒沉速的影响因素和计算方法。
C4、掌握紊流的基本性质、紊动切应力的概念、水流切应力的垂线分布，了解紊流经典理论。
C5、掌握无粘性泥沙颗粒主要受力分析及一般表达式、泥沙运动的主要形式、划分推移质和悬移质的意义及其物理本质的区别、床沙质和冲泻质的概念及其划分的意义。
了解粘性泥沙的受力特点。
C6、掌握沙波的概念及其发展消长的阶段和过程、研究沙波运动意义，了解沙波形成的机理和原因、床面形态的判别方法。
C7、掌握近壁流区的重要性、河道阻力的组成单元、河床河岸及综合阻力的划分及计算方法、垂线流速对数分布公式(7.38)、垂线流速指数分布公式(7.38)，了解水流能量及损失特性、沙粒及沙波阻力的确定方法。
C8.1、掌握泥沙起动的基本概念、起动的表达方式，了解泥沙起动的
判别标准。
C8.2、掌握希尔兹(Shields)泥沙起动曲线的特点、起动公式及其推导过程，了解斜坡上的泥沙起动
C8.3、掌握按滚动和滑动模式的起动流速受力特性和推导过程，掌握沙莫夫起动流速公式，了解其它流速起动公式以及粘性泥沙的起动。
C9.1、掌握推移质输沙规律的流派及其代表、拜格诺提出的推移质运动遵循的规律、爱因斯坦推移质输沙理论的主要认识。
C9.2、掌握拜格诺、爱因斯坦推移质输沙率公式的推导思路和过程，了解以流速为主要参数的推移质输沙率公式推导过程。
C9.3、掌握拜格诺、沙莫夫推移质输沙率公式以及无因次水流参数、无因次水流强度参数、无因次单宽输沙率的表达式、非均匀推移质输沙率的确定方法。
C10.1、掌握悬浮泥沙运动机理、泥沙扩散方程，掌握含沙量沿水深分布的扩散理论(10.16)的推导过程、各变量含义及其不足，了解重力理论的基本思路及其推导过程。
C10.2、掌握含沙量与悬移质输沙率之间的关系以及爱因斯坦、维利卡诺夫、拜格诺悬移质输沙率公式及其推导思路和原理，了解其推导过程。
C10.3、掌握各向泥沙扩散系数的确定方法。
C11、掌握水流挟沙力公式的主要类型、代表人物以及影响水流挟沙力的主要因素，了解水流挟沙力的确定方法。
C12、掌握泥沙的存在使水流紊动强度增强或减弱的原因、了解泥沙的存在对流速分布的影响。
C13、掌握高含沙水流的流动特性和泥沙运动特性，泥石流的类型、形成条件和运动特征。
C14、掌握异重流的基本概念、类型、研究意义、物理本质、形成条件、运动特性、泥沙淤积，掌握水电站取水口及船闸引航道泥沙淤积机理和防治技术。
二、考试形式与试卷结构
（一）考试形式
考试形式为笔试，考试时间为3小时，满分为100分。
（二）试卷结构
主要含论述和综合计算题等大题，总题量8～12题。
三、主要参考书目
钱宁、万兆惠，《泥沙运动力学》，科学出版社，2003年。